课程设计-卧式储罐工艺设计

卧式储罐结构简介液氮低温储罐是广泛应用于空分系统中的产品储罐，由于其特殊的工作环境，工作温度为-196°C，致使其结构及材料的应用必须满足超低温的要求，工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。设计温度为-20C以下的压力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合适的材料，材料在使用温度下应具有良好的韧性。致使低于-196C时可选用奥氏体不锈钢。罐体分内罐，外罐两层，因此内罐材质选用不锈钢为0Cr18Ni9，外罐材质选用碳钢为Q235-B。内外罐中间填充绝热材料，即内筒壁与外筒壁之间用珠光砂填充绝热。本储罐结构示意图见图1.1。图1.1卧式储罐结构示意图

表1.1设计数据序项目数值1数值2单位号1名称20m3液氮卧式储罐2筒体材料内胆：16MnDR外胆：Q-235B3设计压力0.88MPa4设计温度内胆：-196外胆：室温C5公称直径2200mm6公称容积20m37充装系数0.98工作介质液氮9其他要求100%无损检测依据表1.1设计参数得出卧式储罐结构尺寸见表1.2。表1.2卧式储罐结构尺寸（单位：mm）项目直径高筒体长筒体壁厚封头壁厚材质内筒2200152705000880Cr18Ni9外筒23001694171361010Q235-B封头即是容器的端盖。根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。本储罐选择椭圆形封头，其内胆封头与外胆封头尺寸见表1.3。表1.3EHA椭圆形封头内表面积、容积封头类别公称直径DN/mm曲面高hi/mm直边高度h/mm总深度H/mm内表面积A/m容积m内封头2200550405905.52291.5459外封头2300575406156.02331.7588储罐还有人孔、支座以及各种接管组成。接管主要设有排污管、安全阀、压力表、温度计、进料口和出料口等。根据HG/T21517-2005回转盖带颈平焊法兰人孔，查表3-3,选用凹凸面型，其明细尺寸见表1.4。

序号名称数值序号名称数值1公称压力PN=1.0MPa11D16202公称直径DN=50012D6703螺栓尺寸M24X10013H12504螺母数量2014H21035螺栓数量2015A3656总质量147Kg16d247bi2317b288b22818L2509B17519dwXS530x810d02420查JB4712.1-2007《容器支座》，选取轻型，焊制为BI,包角为120°,有垫板的鞍座。设计鞍座结构尺寸如下表1.5。表1.5鞍式支座结构尺寸单位mm序名称数值1数值2数值3号1垫板弧长26802公称直径DN=23003允许载荷Q=410Kg4鞍座高度h=2505底板l1=1660b1=24081=146筋板b2=2407筋板l3=255b3=29083=148垫板e=100b4=50084=109螺栓间距l2=146010螺孔/孔长D/l=24/4011鞍座质量215Kg12腹板82=14接管的材料为0Cr18Ni9,长度根据实际情况选择，查得接口管口参数见表1.6。表1.6接口管口表符号公称尺寸（mm）连接尺寸（mm）用途或名称a5000530x8人孔b20025x3.5压力表口c20025x3.5温度计口d40045x4排空口e65076x6安全阀口f65076x6液料进口g65076x6排污口h65076x6液料出口

查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.2.2-2PN10带颈对焊焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸见表1.7。表1.7法兰表管口名称公称直径DN（mm）钢管外径少（mm）法兰外径D（mm）螺孔中心圆直径K（mm）螺孔直径L（mm）螺孔数量〃（个）螺纹Th出料口6576B185145188M16进料口6576B185145188M16排污口6576B185145188M16安全阀口6576B185145188M16排空口4045B150110184M16压力表口2025B10575144M12温度计口2025B10575144M12密封垫片选择非金属软垫片系列中的石棉橡胶板。卧式储罐工艺审查2.1材料焊接性分析本次课程设计的母材为0Cr18Ni9和Q235B,根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》(GB/T221-200)查得0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢。0Cr18Ni9不锈钢作为不锈钢耐热钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工设备，原子能用工业设备。通俗的讲0Cr18Ni9不锈钢就是304不锈钢板。而Q235B碳素钢，含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好的配合，用途广泛。常用于制作钢筋或厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不高的机械零件。2.1.1内胆材料焊接性的分析1.0Cr18Ni9材质性能分析根据《焊接手册》第二版《材料的焊接》查得母材化学成分见表2.1。表2.10Cr18Ni9的化学成分化学成分CSiMnSPCrNi含量(％)<0.06<1.00<2.00<0.03<0.03517.0〜19.08.0〜11.0根据成分可知0Cr18Ni9奥氏体钢具有良好的耐蚀性、耐热性；低温强度和机械性能；冲压弯曲等热加工性好；无热处理硬化现象，无磁性；单相奥氏体组织，无热处理硬化现象。0Cr18Ni9钢的力学性能见表2.2。表2.20Cr18Ni9钢的力学性能抗拉强度ob(MPa)条件屈服强度o02(MPa)断面收缩率w(%)伸长率8(%)硬度>520>205>60>40<187HBS<90HRC<200HV母材碳当量估测根据化学成分进一步分析0Cr18Ni9是奥氏体不锈钢，故具有较高的变形能力并不可淬硬，没有冷裂纹缺陷，所以总的来说焊接性良好。当采用国际焊接学会碳当量估测公式计算时：八5、a(Mn)s(Cr)+b(Mo)+b(V)s(Ni)+b(Cu)C(eq)2(C)+十+5+—15=0.06+0.33+3.8+0.73=4.92但是，为由于碳当量比较大，其焊接性也存在一些问题，如接头各种形式的腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制及a相脆化等。奥氏体不锈钢的焊接特点焊接接头的晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铭理论，其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450〜850°C温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铭碳化物(Cr23C6)，引起晶粒表层含铭量降低，形成贫铭区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫格区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，采取的防止措施有：采用低碳或超低碳的焊材，如A002等，或采用含钛、铌等稳定化元素的焊条，如A137、A132等；由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素，使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织(铁素体一般控制4-12%)；减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度；对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。焊接热裂纹热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外，此类钢的导热系数小(约为低碳钢的1/3)，线胀系数大(比低碳钢大50%)，所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。防止措施：选用含碳量低的焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料，使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织，减少偏析；2）尽量选用碱性药皮的优质焊条，以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。（3）应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。应力腐蚀开裂采取的防止措施：1）采取合适的焊接工艺，保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等;采取合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平；2）合理选择焊材，焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化及硬脆马氏体等；3）消除应力处理:焊后热处理，如焊后完全退火或退火；在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。（4）焊缝金属的低温脆化。对于奥氏体不锈钢焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时，焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。一般可以通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝的方法来防止焊缝金属的低温催化。（5）焊接接头的o相脆化。焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的。相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。。相的析出温度范围650-850°C。在高温加热过程中，o相主要由铁素体转变而成。加热时间越长，。相析出越多。防止措施：1）限制焊缝金属中的铁素体含量（小于15%），采用超合金化焊接材料，即高镍焊材；2）采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；3）对已析出的。相在条件允许时进行固溶处理，使。相溶入奥氏体。2.1.2外胆材料焊接性的分析1.Q235B材质性能分析根据《焊接手册》第二版《材料的焊接》查得母材化学化学成分见表2.3与力学性能见表2.4。表2.3Q235B的化学成分化学成分CMnSiSP百分含量0.12〜0.200.30〜0.70<0.30<0.045<0.045表2.4Q235B钢的力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率(%)Q235B375〜50023526母材碳当量估测采用国际焊接学会碳当量估测公式计算：八5、a(Mn)s(Cr)+b(Mo)+b(V)s(Ni)+b(Cu)C=a(C)+—-——-++(eq)6515=0.2+0.12=0.32Q235B中C()=0.32<0.4，焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向较小，其焊接性良好，焊前不需预热。Q235B焊接性特点Q235钢是一种普通碳素结构钢，含碳量低，锰、硅含量又少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织或淬火组织。这种钢材的塑形和冲击韧性良好，焊成的接头塑形和冲击韧性和很良好，焊接时，一般不需预热、层间温度后后热，焊后不必采用热处理改善组织，可以说，整个焊接过程中毋须特殊的工艺措施，其焊接性优良。但在少数的情况下，低碳钢的焊接性也会不好，焊接时出现困难。例如：采用旧冶炼方法生产的转炉钢，这种钢的含氮量高，其他的杂质也较多，从而冷脆性大，时效敏感性大，焊接接头质量低，表现为焊接性差。对于转炉钢要根据其冶炼方法不同而不同评价和不同对待。旧法冶炼的转炉钢不能用重要的焊接结构，如果应用于重要结构，则必须进行焊接性鉴定，其中特别注意冷脆敏感性、时效敏感性等的检测，以保证焊接结构质量，防止破坏性事故发生。沸腾钢脱氧不完全而含氧量较高，硫、磷等杂质的分布不均匀，局部区域硫、磷含量大大超过平均含量，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向大。因此一般不宜用承受动载荷和严寒下的工作的重要焊接结构。低碳钢母材成分不合格时，含碳量过高，含硫量过高，焊接时候可能出现裂纹。采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高会导致裂纹。某些焊接方法可能会给低碳钢的焊接质量带来麻烦，例如埋弧焊线能量较大，会使焊接热影响区的粗晶粒过于粗大，降低焊接接头的质量。2.2焊材的消耗及耗时根据《焊接手册》第一版《焊接方法与设备》查得焊条消耗量按照以下公式计算：W=AxpxLx1/qx1.2W焊条的消耗量(g)L焊道长度(cm)p密度(g/cm3)A截面积(cm2)n熔敷效率原设计焊缝消耗质量计算（1）纵向焊缝消耗质量w1：1）内胆纵向焊缝A=8xb=8x2=16mm2；L=4920mm；p=7.9；n=99%W11=AxpxLx1/nx1.2=0.16x7.9x492x1/0.99x1.2=753.80g2）外胆纵向焊缝A=8xb=10x3=30mm2；L=nD=6136mm；p=7.8；n=99%W12=AxpxLx1/nx1.2=0.30x7.8x613.6x1/0.99x1.2=1740.49gW1=W11+W12=753.80+1740.49=2494.29g（2）环向焊缝消耗质量W2：1）内胆环向焊缝A=8xb=8x2=16mm2；L=nD=3.14x2200=6908mm；p=7.9；n=99%W21=AxpxLx1/nx1.2=0.16x7.9x690.8x1/0.99x1.2=1058.39g2）外胆环向焊缝A=8xb=10x3=30mm2；L=nD=3.14x2300=7222mm；p=7.8；n=99%W22=AxpxLx1/qx1.2=0.30x7.8x722.2x1/0.99x1.2=2048.42gW2=3W21+3W22=3175.17+6145.27=9320.44g（3）人孔焊缝消耗质量W3：A内=103.21mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A内xpxLx1/r|x1.2=1.2049x7.9x166.42x1/0.55x1.2=2960.56gW32=A外xpxLx1/qx1.2=0.82x7.85x166.42x1/0.55x1.2=2337.26gW3=W31+W32=2960.56+2337.26=5297.82g（4）补强圈焊缝消耗质量W4：A=18mm2；L=nD=3.14x840=2637.6mm；p=7.9；n=55%W4=AxpxLx1/r|x1.2=0.18x7.9x263.76x1/0.55x1.2=818.33g（5）接管焊缝消耗质量W5：1）压力表口和温度计口焊缝A内=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W内51=A内xpxLx1/qx1.2=0.5545x7.9x7.85x1/0.55x1.2=75.03gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=0.82x7.85x7.85x1/0.55x1.2=107.56g2）排空口焊缝A内=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W内52=A内xpxLx1/qx1.2=0.5545x7.9x14.13x1/0.55x1.2=135.05gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=0.82x7.85x14.13x1/0.55x1.2=193.61g3）安全阀口、排污口、液料进出口焊缝A内=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W内53=A内xpxLx1/r|x1.2=0.5545x7.9x23.864x1/0.55x1.2=228.08gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=0.82x7.85x23.864Q/0.55x1.2=326.98gW=2W+2W+W+W+4W+4W=291408g.5内51外51内52外52内53外53。（6）故所有焊缝消耗量总计为W=W+W+W+W+W=2494.29+9320.44+5736.49+818.33+2914.08=20787.96g总12345°坡口角度增加一度时焊缝消耗质量计算（1）纵向焊缝消耗质量W1：W1=2494.29g（2）环向焊缝消耗质量W2：W2=9320.44g（3）人孔焊缝消耗质量W3：A内=104.89mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A内xpxLxl/qxl.2=1.0489x7.9x166.42x1/0.55x1.2=3008.75gW32=A外xpxLxl/qxl.2=0.848x7.85x166.42x1/0.55x1.2=2360.07gW3=W31+W32=3008.75+2360.07=5368.82g（4）补强圈焊缝消耗质量W4：W4=818.33g（5）接管焊缝消耗质量W5：1）压力表口和温度计口焊缝A内=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W内51=A内xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x7.85x1/0.55x1.2=76.09gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=0.848x7.85x7.85x1/0.55x1.2=111.32g2）排空口焊缝A内=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W内52=A内xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x14.13x1/0.55x1.2=136.95gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=0.848x7.85x14.13x1/0.55x1.2=200.39g3）安全阀口、排污口、液料进出口焊缝A内=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W内53=A内xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x23.864x1/0.55x1.2=231.29gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=0.848x7.85x23.864x1/0.55x1.2=338.42gW=2W+2W+W+W+4W+4W=2991g5内51外51内52外52内53外53。（6）故所有焊缝消耗量总计为W=W+W+W+W+W=2494.29+9320.44+5368.82+818.33+2991=20992.88g总12345°（7）坡口增加一度时焊缝消耗量增加量了204.92g。间隙值增加1mm时焊缝消耗质量计算纵向焊缝消耗质量W1：内胆纵向焊缝A=8xb=8x3=24mm2；L=4920mm；p=7.9；n=99%W11=AxpxLx1/nx1.2=0.24x7.9x492x1/0.99x1.2=1130.71g外胆纵向焊缝A=8xb=10x4=40mm2；L=nD=6136mm；p=7.8；n=99%W12=AxpxLx1/r|x1.2=0.40x7.8x613.6x1/0.99x1.2=2320.52gW1=W11+W12=1130.71+2320.52=3451.23g环向焊缝消耗质量W2：内胆环向焊缝A=8xb=8x3=24mm2；L=nD=3.14x2200=6908mm；p=7.9；n=99%W2i=AxpxLx1/r|x1.2=0.24x7.9x690.8x1/0.99x1.2=1587.58g外胆环向焊缝A=8xb=10x3=40mm2；L=nD=3.14x2300=7222mm；p=7.8；n=99%W22=AxpxLx1/nx1.2=0.40x7.8x722.2x1/0.99x1.2=2731.23gW2=3W21+3W22=4762.74+8193.69=12956.43g人孔焊缝消耗质量W3：A内=120.21mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A内xpxLx1/r|x1.2=1.20421x7.9x166.42x1/0.55x1.2=3456.23gW32=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x166.42x1/0.55x1.2=3106.85gW3=W31+W32=3456.23+3106.85=6563.08g补强圈焊缝消耗质量W4：W4=818.33g接管焊缝消耗质量W5：1)压力表口和温度计口焊缝A内=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W内51=A内xpxLx1/qx1.2=0.6345x7.9x7.85x1/0.55x1.2=85.85gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=1.09x7.85x7.85x1/0.55x1.2=146.55g2）排空口焊缝A内=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W内52=A内xpxLxl/qxl.2=0.6345x7.9x14.13x1/0.55x1.2=265.47gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x14.13x1/0.55x1.2=263.79g3）安全阀口、排污口、液料进出口焊缝A内=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W内53=A内xpxLx1/qx1.2=0.6345x7.9x23.864x1/0.55x1.2=260.98gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x23.864Q/0.55x1.2=445.51gW=2W+2W+W+W+4W+4W=382002g.5内51外51内52外52内53外53。（6）故所有焊缝消耗量总计为W=W+W+W+W+W=3451.23+12956.4+6563.08+818.33+3820.02=27609.09g总12345°（7）焊缝间隙增加1mm时焊缝消耗量增加了6821.13g。焊接耗时计算（1）埋弧焊焊缝耗时：内筒4920+3x6908=25644mm，所需时间约为T1=2564.4/56.7=45.23min外筒6136+3x7222=27802mm，所需时间约为T2=2780.2/50=55.60min（2）焊条电弧焊焊缝耗时：1664.2+2637.6+4x78.5+2x141.3+8x238.64=6807.52mm焊条电弧焊所需时间约为T3=680.752/30=22.69min（3）故所有焊缝总耗时为T总二+T]T2+T3=45.23+55.60+22.69=123.52min卧式储罐焊接工艺设计3.1焊接方法的确定为保证产品的焊接质量,提高生产效率，在有关规程及标准指导下，结合生产实际，还需考虑到焊接性、厚度、适用性、焊接材料、焊接设备和焊接成本等多方面因素的综合影响，决定采用手工电弧焊，埋弧自动焊及二者组合焊接。埋弧焊（1）生产效率高这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失，飞溅也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。（2）焊缝质量高熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。（3）劳动条件好除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。手工电弧焊（1）设备简单，可用成本较低的交流或直流焊接电源。（2）灵活方便，不需要辅助气体保护可用焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件。（3）应用范围广，适用于大多数工业用的金属和合金的焊接。（4）焊接质量主要取决于焊工的熟练程度和焊条的质量。3.2焊接材料选择1.埋弧焊焊丝与焊剂的选择（1）对于0Cr18Ni9与0Cr18Ni9同种材料的焊接根据GB/T14957-1994焊接用钢丝规定，埋弧焊的焊丝选择牌号为H0Cr21Ni10，焊剂牌号为HJ260。

表3.1H0Cr21Ni10不锈钢焊丝化学成分化学成分CSiMnPSNiCr百分含量（％）<0.06<0.061.00〜2.50<0.30<0.209.00〜11.0019.50〜22.00表3.2HJ260熔炼型焊剂成分组成成分SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOSP质量分数（％）29~3420〜254~715〜1819~242~4<1.0<0.07<0.07（2）对于Q235B与Q235B同种材料的焊接根据GB/T14957—1994焊接用钢丝规定，埋弧焊的焊丝选择牌号为H08A，焊剂牌号为HJ431。表3.3H08A碳素结构钢焊丝化学成分化学成分CMnSiCrNiSP百分含量（%）<0.100.30〜0.55<0.30<0.20<0.30<0.040<0.040表3.4HJ431熔炼型焊剂成分组成成分SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOSP质量分数（％）40〜445〜9<65〜7.5<434.5〜38<1.8<0.10<0.102.手工电弧焊焊条的选择（1）对于0Cr18Ni9于0Cr18Ni9同种材料的焊接根据GB/T983—1995不锈钢焊条规定，手工电弧焊焊条选择牌号为A107的低氢型不锈钢焊条。表3.5A107不锈钢焊条化学成分化学成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（％）<0.080.50〜2.5<0.9018.0〜21.09.0〜11.0<0.75<0.75（2）对于Q235B与Q235B同种材料的焊接根据GB/T5117—1995碳钢焊条规定，手工电弧焊焊焊条选择牌号为J422的钛钙型碳钢焊条。表3.6J422碳钢焊条化学成分化学成分CMnSi百分含量（％）<0.120.30〜0.60<0.25（3）对于0Cr18Ni9与Q235B异种材料的焊接根据GB/T983—1995不锈钢焊条规定，手工电弧焊焊条选择牌号为A302的钛钙型不锈钢焊条。表3.7A302不锈钢焊条化学成分化学成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（％）<0.150.50~2.5<0.9022.0~25.012.0~14.0<0.75<0.753.3焊接参数的选择（1）焊条电弧焊焊接参数选择根据焊接手册（第二版）第一卷焊接方法及设备中表3-20和表3-21查得焊条电弧焊焊接参数见表3.8和表3.9。表3.8焊条直径与焊件厚度的关系焊件厚度/mm234-56-12>13焊条直径/mm23.23.2~44~54~6根据表得焊件的厚度8mm和10mm，焊条的直径4~5mm；表3.9焊接电流与焊条直径的关系焊条直径/mm1.62.02.53.24.05.05.8焊接电流/A25~4040~6050~80100~130160~210200~270260~300根据表得焊条直径4~5mm，选择焊条电弧焊焊接电流范围在160~210、200~270；根据焊接手册（第二版）第一卷焊接方法及设备中表3-25查得焊条电弧焊焊接参数见表3.10。

表3.10焊条电弧焊焊接工艺参数焊条层次直径mm焊接电流A焊接电弧V焊接速度cm/min电源极性运条方法底层焊4.0填充及盖面焊4.0120〜180110~17022~31「25〜3515〜507~35直流反接直流反接直拉直拉或摆动（2）埋弧焊焊接参数选择根据焊接手册（第一版）第卷焊接方法及设备中表4-23和表4-24查得埋弧焊焊接参数见表3.11。表3.11埋弧焊电弧焊焊接工艺参数板厚焊条直mm径mm焊接电：流A焊接电弧V焊接速度cm/min装配间隙mm电流种类空气压力KPa8.04.0725〜75530~3656.70〜3.5直流101〜15210.05.0700〜75032~36503〜4父流或直流3.4接头的分类与坡口形式按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，压力容器受部分的焊接接头分为A,B,C,D四类：A类焊缝：受压部分的纵向接头（多层包扎压力容器层板层纵向接头除外）球形封头与圆筒联接的环向接头，各类凸形封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与圆筒，封头联接的对接接头等。B类焊缝：受压部分的环向接头，椭圆形封头小端与接管连接的接头。长颈法兰与接管连接的接头。但已规定的A，C，D类焊缝除外。C类焊缝：平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体接管的接头，内封头与圆筒的搭接填角接头以及多层包扎压力容器层板层纵向接头。D类焊缝：接管孔与壳体非对接连接的接头凸缘，补强圈与壳体连接的接头。但已规定的A，B类的焊接接头除外。

由上述四类接头的说明设计如下：筒体在圆周方向上，用一张板材卷成形圆柱形筒节形成对接接头，对接处的焊缝属于受压部分的纵向焊缝，按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，此类焊缝属于A类焊缝。内外筒在轴向上，筒节之间的焊缝属于受压部分的环向焊缝，按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，此类焊缝属于B类焊缝。筒体的纵缝与环焊缝为A，B类焊缝，其焊接采用单面埋孤焊，根据埋孤焊坡口加工要求其坡口形式，查HGT20583-2011：由于外胆壁厚10mm，内胆壁厚8mm，可选I形坡口见图3.1；图3.1A,B类焊缝的坡口形式法兰与接管、人孔的焊接均采用搭接角焊缝，形成环焊缝，此类属于C类焊缝。采用焊条电孤焊。查HGT20583-2011选择角接接头，坡口形式见图3.2；图3.2C类焊缝的坡口形式接管和筒体采用带顿边的单边V形坡口对焊，形成环焊缝，接管与人孔等与壳体非对接的接头属于D类，采用焊条电弓瓜焊，查HGT20583-2011选择搭接接头，坡口形式见图3.3；图3.3D类焊缝的坡口形式3.5焊前准备3.5.1钢材的预处理钢材的预处理是对钢板、型钢、管子等材料在画线下料之前进行矫正及清理、表面防护等表面处理工作的总称。预处理的目的是为后序加工做好准备。3.5.2钢材的矫正矫正是使材料在加工之前保持一种力学性能良好、有利于零件加工的平直状态。钢材的矫正是钢材进行加工并保证加工质量的前提和基础。钢材的矫正方法分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正和高频热点矫正四种。对于板厚10mm的钢板，采用火焰矫正，火焰矫正方法简单，灵活，快速，效率高，效果好，适用于单件及小批量结构件的二次矫正。3.5.3钢材的表面清理钢材的表面清理，就是清除钢材和零件表面上的锈、油污和氧化物等的一道工序。为防止零件加工过程中再一次被污染，有些零件在表面清理后还要喷保护底漆。常用的表面清理方法有机械除锈法、化学除锈法和火焰除锈法。本容器选用化学法进行表面清理，为了保证焊接质量，焊前应将坡口及其两侧20〜30mm范围内的焊件表面清理干净。如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂檫拭，而不应用钢丝刷或砂布进行清理。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上白垩粉调制的糊浆，以防止飞溅金属损伤不锈钢表面。3.5.4画线、放样与下料画线画线是根据设计图纸上图形和尺寸，准确的按1:1的比例在待下料的零件表面上画出加工界限的过程。画线的作用是确定零件各加工表面的加工位置和余量，使零件加工时有明确的标志；还可以检查零件毛坯是否正确；对于有些误差不大，但仍属不合格的毛坯，可以通过借料得到挽救。画线的精度一般要求在0.25〜0.5mm范围内。放样放样又叫落样或放大样。它是根据工作图的要求，用1:1的比例，按正投影原理，把构件画在样台或平板上，画出图样。此图叫做实样图，又叫放样图。画放样图的过程叫做放样。下料下料就是用各种方法将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。它是在划线与号料的基础上，进行机械切割，热切割下料。切割的边缘，特别是装配焊接边缘，通常要进行边缘加工(破口加工)。一般把下料分为手工下料和机械下料。常用的下料方法主要有：剪切、气割、冲裁、锯割、砂轮切割、克切等。剪切下料时，由于0Cr18Ni9奥氏体钢韧性高，容易冷作脆化，用一般的氧乙炔火焰切割有困难，可用机械切割、等离子弧切割或碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。所需剪切力比剪切相同厚度的低碳钢应大1/3左右。等离子弧切割的切割表面光滑、割缝窄，切割速度快，最大切割速度可达100mm/min，是切割0Cr18Ni9奥氏体钢最理想的切割方法。电弧气刨具有设备简单，操作灵活等优点，特别适用于开孔、铲焊根、焊缝返修等场合，但若操作不当，很容易在切割表面引起“粘渣”或“粘碳”。直接影响钢的耐蚀性。切割机选择：表3.14LHLM-1型龙门式数控切割机参数导轨间距（mm）4000-6000有效切宽（mm）3200导轨长度（mm）6000切割长度（mm）7000火焰割炬1组切割厚度（mm）6-200等离子割据1组速度（mm/min）0-3500驱动方式双边驱动自动调高行程（mm）0-2303.6成型和弯曲加工坡口加工机选择坡口加工常用的方法有机械切削和热切割两类，机械切削加工坡口，常采用刨边机，坡口加工机和铣床，刨床，车床等各种通用机床。在此选用型号为HP-1的技术数据见表3.15。表3.15HP-10技术数据型号抗拉强度（MPa）坡口最大宽度（mm）坡口角度最小钝边高（mm）坡口加工速度m/min工件最大厚度（mm）HP-10390〜7507~1230°〜45°12.6〜3.430筒体的卷制成形圆筒形和圆锥形构件，都是采用不同厚度的钢板卷制而成。卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的，实际上是一种弯曲工艺。卷筒可以分为热卷和冷卷。通常对厚度小于60mm的钢板可采用冷卷；本次设计的容器筒体钢板厚度为10mm，因此选择冷卷板机型号见表3.16。表3.16W11S上辊数控万能式三辊卷板机参数型号与规格最大厚度最大宽度—rlpJ/VU|口/、/、(mm)(m)卷板速度满载最小上辊直下辊直(m/min)直径(mm)径(mm)径(mm)W11-12x30001230005650280240W11-30x320030320051200500400筒体板材选择查GB6654—1996压力容器钢板和GB/T709—2006热轧钢板和钢的尺寸外形重量及允许篇差可以得到低合金钢板长度和宽度范围见表3.17。表3.17钢板、带材长度和宽度范围板材的宽度和长度带材的宽度和内径板材厚度板材的宽度板材的长度带材的宽度带材的内径>6-120600〜38001000~10000——根据上面两个表格，由于筒体的厚度为8mm,公称直径DN=2200mm，所以选择以下板材：板8x3000x7000,1张板8x2000x7000,1张板10x3200x7300,1张板10x3000x7300,1张3.7装配焊接夹具选择焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。选择手动加紧机构中的手动螺旋撑圆器，其主要作用是用于筒形工件的对接，矫正其不圆柱度，防止变形消除局部变形。3.8焊接位置与顺序1.焊缝位置分布焊接是压力容器设计、制造过程中不可避免的连接方式，所以要合理布置焊缝，使焊缝分布均匀、避免焊接残余应力相互叠加。根据焊缝布置一般性原则，即避开应力最大处，焊缝远离加工面，对称布置变形小，焊缝布置求分散，便于操作和焊接效率等，对内外筒体焊缝的布置和数量见图3.8。6136内筒焊缝分布图外筒焊缝分布图图3.8内外筒体焊缝的布置和数量内筒焊缝分布图外筒焊缝分布图焊接装配顺序选择随装随焊，卧式储罐的装配是先将板材加工成圆筒，一般要用定位焊给予定位，再将封头与筒体进行定位焊。筒体的纵向焊缝、封头和筒体的环焊缝用埋孤焊进行焊接。筒体的装配焊接：清理焊口，在纵向焊剂垫上埋孤自动焊接罐筒纵缝；在焊剂垫上埋孤自动焊接环焊缝；气切罐筒上各孔（如进气孔，排气孔等），并进行质量检验，接管装配焊接：采用手工焊接各接管环焊缝，电孤清根，焊成内筒体。外筒体装配焊接及接管装配焊接参照内筒同上；但组装的顺序是先组装内胆，然后内胆水压试验和无损检测，再组装外胆，最后进行外胆的水压试验和外胆无损检测。装配及焊接顺序如下：（1）内胆筒体纵、环焊缝选用埋弧焊；（2）外胆筒体纵、环焊缝选用埋弧焊，外胆筒体与左侧封头采用埋孤焊；（3）加强圈与内胆定位点焊连接；（4）将带有加强圈的内胆与外胆筒体组装；（5）按照管口表中各管口尺寸，在筒体相应位置打孔a〜h,并与管材焊接；（6）内胆焊接完好后，进行水压试验；（7）在内胆水压试验合格后，外胆右封头与筒体采用埋弧焊焊进行焊接；（8）外胆焊接完好后应进行夹层承载水压试验；（9）外胆水压试验合格后，在c口处将珠光砂充满并抽真空（c为真空口）。（10）外胆筒体与支座焊接组装；4焊后处理与检验4.1焊后处理一般情况下，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢不进行焊后热处理，且焊后变形不能用火焰加热矫正，只能用其他方法防止和消除变形。如果工件温度高于450°C,且介质腐蚀性强，即对工件抗腐蚀要求较高时，可进行焊后固溶处理或稳定化退火。如果整体无法退火时，可对焊缝进行局部退火。但焊缝必须进行酸洗、钝化处理。酸洗的目的是去除焊缝及热影响区表面的氧化皮，钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起耐腐蚀的作用。常用酸洗的方法有两种：酸液酸洗和酸膏酸洗。酸液酸洗又分为渗洗和刷洗。渗洗法适用于较小部件，将部件在酸洗槽中泡25〜40min，取出后用清水冲洗。刷洗法适用于大型部件，用刷子或拖布反复刷洗，到呈亮色后，用清水冲净。Q235B钢焊接性较好，不进行焊后热处理。特别情况可进行消除应力的回火，温度为600〜650C。4.2致密性检查储存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透等，可用致密性实验来发现。致密性实验法有:水压试验、气压试验和煤油试验。4.2.1水压试验水压试验常被用来检查管子、油箱、水箱以及各种容器，目的是测定这些容器的水密性的构